Transcript เทคโนโลยีอวกาศว30104

เทคโนโลยีอวกาศ
• กาลิเลโอ กาลิเลอี :
Galileo
Galilei
กล้องโทรทรรศน์ของกาลิเลโอ
• กาลิเลโอ กาลิเลอี : Galileo Galilei เกิดวันที่ 15 กุมภาพันธ์
ค.ศ. 1564 ที่เมืองปิ ซา (Pisa) ประเทศอิตาลี (Italy)
เสี ยชีวติ วันที่ 8 มกราคม ค.ศ. 1642 ที่เมืองฟลอเรนซ์
(Florence) ประเทศอิตาลี (Italy)
ผลงาน - ค.ศ. 1584 ตั้งกฎเพนดูลมั (Pendulum) หรือกฎการ
แกว่ างของนาฬิ กาลูกตุ้ม
- ค.ศ. 1585 ตีพมิ พ์หนังสื อชื่อว่ า Kydrostatic
Balance และ Centre of Gravity
- ค.ศ. 1591 พิสูจน์ ทฤษฎีของอาริสโตเติลทีว่ ่ าวัตถุทมี่ ีนา้ หนักเบา
ว่ าผิด อันทีจ่ ริงวัตถุจะตกถึงพืน้ พร้ อมกันเสมอ
- กาลิเลโอ พัฒนากล้ องโทรทรรศน์ ให้ มปี ระสิ ทธิภาพมากขึน้
และสามารถส่ องดูดาวบนจักรวาลได้
- พบลักษณะพืน้ ผิวของดวงจันทร์
- พบว่ าดาวมีหลายประเภท ซึ่งมีลกั ษณะแตกต่ างกัน
ได้ แก่ ดาวเคราะห์ และดาวฤกษ์
- พบทางช้ างเผือก (Milky Way)
- พบบริวารของดาวพฤหัสบดี ว่ ามีมากถึง 4 ดวง
- พบวงแหวนของดาวเสาร์ ซึ่งปรากฎว่ ามีสีถึง 3 สี
- พบว่ าพืน้ ผิวของดาวศุกร์ มลี กั ษณะคล้ ายกับดวงจันทร์
- พบจุดดับบนดวงอาทิตย์ (Sun Spot)
- พบดาวหาง 3 ดวง
สปุตนิก 1
อวกาศ” ในสายตา
และการรับรู้ ของ
มนุษยชาติ
เปลีย่ นไป นับจาก
“สปุตนิก 1” ของ
สหภาพโซเวียต ถูก
ส่ งขึน้ ฟ้ าในวันที่ 4
ต.ค.2500
• สปุตนิก 1 ถูกส่ งขึ้นจากฐานปล่อยจรวดไบโคนัวร์ คอสโม
โดรม ที่เมืองเตียรา ตามของอดีตสหภาพโซเวียต (ประเทศ
คาซัคสถานปัจจุบนั ) ส่ วนชื่อ “สปุตนิก” นั้น หมายถึง
“เพือ่ นหรือผู้ร่วมเดินทาง” ซึ่งในความรู้สึกของดารา
ศาสตร์แล้วก็คือ “ดาวเทียม” นัน่ เอง
• หลังจากหมีขาวประสบความสาเร็ จในการส่ งสปุตนิก 1 ขึ้น
ไปสารวจพื้นผิวโลก อีก 1 เดือนถัดมา (3 พ.ย.) จึงส่ ง
ดาวเทียมสปุตนิก 2 ตามขึ้นไปอีก โดยได้แนบ “ไลก้า”
(Laica) สุ นขั ฮัสกีเพศเมียขึ้นไปด้วยนับเป็ นสิ่ งมีชีวติ
ชนิดแรกที่ได้ข้ ึนไปสารวจอวกาศ
"ไลก้า" สิ่ งมีชีวติ แรกที่ได้ออกไปสู่อวกาศ
• โซเวียตอ้ างว่ าไลก้ ามีชีวติ อยู่ในวงโคจรได้ เพียง 4-10 วัน
ซึ่งผูเ้ ชี่ยวชาญคาดการณ์วา่ หมาที่เก็บได้จากข้างถนนใน
กรุ งมอสโกวตัวนี้เกิดภาวะอาหารเป็ นพิษ หรื อไม่กข็ าด
ออกซิเจนเพราะแบตเตอรี ของระบบอื้อชีวติ หมดลง
• ส่ วนสปุตนิก 2 โคจรรอบโลก 2,370 รอบ และตกกลับไหม้
กลางชั้นบรรยากาศโลกด้วยเวลานอกอวกาศนาน 163 วัน
•
สหรัฐฯ ถือว่าตามหลังสหภาพโซเวียตแต่กส็ ่ งยานเอกซ์
โพลเรอร์ 1 (Explorer 1) ขึ้นไปและค้นพบแถบรังสี
แวน อัลเลน (Van Allen Belt) ที่ห่อหุม้ โลกด้วย
อนุภาคไฟฟ้ าที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้ ารอบโลก
ซึ่งก่อนหน้านี้ไม่มีใครรู้ จากนั้นได้ส่งดาวเทียมแวนการ์ด
1 (Vanguard 1) ทาให้ รู้ว่าแท้ จริงแล้ วโลกไม่ ได้ มี
สั ณฐานกลม แต่ เหมือนลูกแพร์ ทดี่ ้ านหนึ่งป้ านและอีก
ด้ านแหลมหน่ อย ซึ่งหลังจากนั้นก็พอประมวลรวมๆ ได้
ว่าเราได้ส่งมนุษย์หรื อสิ่ งประดิษฐ์ข้ ึนสู่อวกาศ
• หลักการของกล้องโทรทรรศน์
•
นักดาราศาสตร์นากล้องโทรทรรศน์ (Telescope) มาเป็ นเครื่ องมือ
ในการศึกษาเทห์วตั ถุทอ้ งฟ้ า เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์ มีคุณสมบัติที่สาคัญ 2
ประการคือ
1. ความสามารถในการรวบรวมแสง - เลนส์หรื อกระจกขนาดใหญ่
สามารถรวบรวมแสงได้มากกว่าดวงตาของมนุษย์
2. ความสามารถในการขยาย - ช่วยเพิ่มขนาดของภาพ ทาให้เห็น
รายละเอียดของวัตถุได้มากขึ้น
• หลักการเบือ้ งต้ น
•
อุปกรณ์ที่สาคัญของกล้องโทรทรรศน์คือ "เลนส์นูน" มีหน้าที่รวมแสงให้
มาตกที่จุด "จุดโฟกัส" (focus) เราเรี ยก ระยะทางระหว่างจุดกึ่งกลางของ
เลนส์กบั จุดโฟกัสว่า "ความยาวโฟกัส"
- หากเราใช้เลนส์นูนส่ องมองวัตถุท ีีี ่ ระยะใกล้กว่ากว่าความยาว
โฟกัส จะเห็นว่า เลนส์นูนช่วยในการขยายภาพ
- หากเราใช้เลนส์นูนส่ องมองวัตถุที่ ระยะไกลกว่าความยาวโฟกัส จะ
เห็นว่า เลนส์นูนรวมแสง แล้วให้ภาพหัวกลับ ดังภาพที่ 1
• การทางานของกล้องโทรทรรศน์อาศัย หลักการหักเหของแสงผ่านเลนส์นูน
จานวน 2 ชุด โดยเลนส์แต่ละชุด ประกอบด้วยเลนส์ 2-3 ชิ้น สร้างจากเนื้อแก้วที่
ต่างกัน ประกบกัน เพื่อแก้ความคลาดสี (ถ้าใช้เลนส์เดี่ยว จะให้ภาพขอบวัตถุเป็ น
สี รุ้ง เนื่องจากแสงแต่ละสี มีความยาวคลื่นไม่เท่ากัน จึงทาให้ความยาวโฟกัสไม่
เท่ากัน) เลนส์ชุดหน้า มีขนาดใหญ่ เรี ยกว่า "เลนส์วตั ถุ" (Objective
Lens) ทาหน้าที่รวบรวมแสง ส่ วนเลนส์ชุดหลังซึ่งใช้มอง มีขนาดเล็ก
เรี ยกว่า "เลนส์ตา" (Eyepiece) ทาหน้าที่เพิ่มกาลังขยาย ดังที่แสดงในภาพ
ที่ 2
• กาลังขยาย
นอกจากคุณสมบัติในการรวมแสงแล้ว นักดาราศาสตร์ยงั ต้องการ
"กาลังขยาย" (Magnification) ในการศึกษารายละเอียดของเทห์วตั ถุ
ท้องฟ้ า อาทิเช่น พื้นผิวของดาวเคราะห์ และดวงจันทร์ พวกเขาสามารถปรับ
กาลังขยายของกล้องโทรทรรศน์ ด้วยการเปลี่ยนความยาวโฟกัสของเลนส์ตา ได้
ตามสูตร
•
ยกตัวอย่าง: ถ้าความยาวโฟกัสของเลนส์วตั ถุ = 1000 mm ความยาว
โฟกัสของเลนส์ตา = 10 mm กาลังขยายย่อมเท่ากับ 1000/10 คือ 100 เท่า
กล้องโทรทรรศน์ชนิดหักเหแสง
(Refract telescope)
กล้ องโทรทรรศน์ แบบหักเหแสง (Refractor)
• เป็ นอุปกรณ์ ทสี่ ามารถขยายวัตถุทอี่ ยู่ในระยะไกล
• กาลิเลโอ เป็ นบุคคลแรกทีป่ ระดิษฐ์ กล้ องชนิดนีข้ นึ้
• ประกอบด้ วยเลนส์ นูนอย่ างน้ อยสองชิ้น คือ เลนส์ ใกล้ วตั ถุ
(Object Lens)เป็ นเลนส์ ด้านรับแสงจากวัตถุ ซึ่งจะมี
ความยาวโฟกัสยาว (Fo) และเลนส์ ใกล้ ตา (Eyepieces)
เป็ นเลนส์ ทตี่ ิดตาเราเวลามอง ซึ่งมีความยาวโฟกัสสั้ น (Fe) กว่ า
เลนส์ วตั ถุมากๆ
• กาลังขยายของกล้ อง = ความยาวโฟกัสเลนส์ วตั ถุ Fo /ความยาว
โฟกัสเลนส์
• หลักการของกล้ องโทรทรรศน์ ชนิดหักเหแสงคือ
เลนส์ ใกล้ วตั ถุจะรับแสงจากวัตถุทรี่ ะยะไกลๆแล้ วจะเกิดภาพที่
ตาแหน่ งโฟกัส(Fo) เสมอ แล้ ว เลนส์ ตัวที่สอง หรือ เลนส์ ใกล้ ตา
(Fe) จะขยายภาพจากเลนส์ ใกล้ วตั ถุอกี ครั้ง ซึ่งต้ องปรับระยะ
ของเลนส์ ใกล้ ตา เพือ่ ให้ ภาพจากเลนส์ วตั ถุทตี่ าแหน่ ง Fo อยู่ใกล้
กับโฟกัสของเลนส์ ใกล้ ตา Fe และทาให้ เกิดภาพชัดทีส่ ุ ด
• ข้อดีของกล้องแบบหักเหแสง
1. เป็ นกล้องพื้นฐานที่สร้างได้ไม่ยากนัก
2. โดยทัว่ ไปจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยๆจึงมีน้ าหนัก
เบา
• ข้ อเสี ยของกล้ องแบบหักเหแสง
1. เนื่องจากมีเส้ นผ่ านศูนย์ กลางน้ อย ทาให้ ปริมาณการรับแสง
น้ อย ไม่ เหมาะใช้ ดูวตั ถุไกลๆอย่ าง กาแลกซีและเนบิวล่ า
2. ใช้ เลนส์ เป็ นตัวหักเหแสง ทาให้ เกิดการคลาดสี ได้ หากใช้ เลนส์
คุณภาพไม่ ดพี อ จึงต้ องมีการใช้ เลนส์ หลายชิ้นประกอบกันทาให้
มีราคาสู ง
3. ภาพที่ได้ จากกล้ องแบบหักเหแสงจะให้ ภาพหัวกลับและกลับ
ซ้ ายขวา คืออ่ านตัวหนังสื อไม่ ได้ นั่นเอง ดังนั้นกล้ องแบบนี้
จะต้ องมี diagonal prism เพือ่ ช่ วยแก้ ไขภาพ
กล้ องโทรทรรศน์ ชนิดสะท้ อนแสง
(Reflect telescope)
• เป็ นอุปกรณ์ที่สามารถขยายวัตถุที่อยูใ่ นระยะไกล
• เซอร์ ไอเซค นิวตัน เป็ นผูป้ ระดิษซ์กล้องชนิดนี้ เป็ น
บุคคลแรก บางที่เราก็เรี ยก กล้องแบบนี้วา่ กล้องแบบ
นิวโทเนียน
• ประกอบด้วยกระจกเว้า กระจกระนาบ และ เลนส์
กล้องโทรทรรศน์ แบบสะท้ อนแสง (Reflector)
กล้องโทรทรรศน์ชนิดนี้ถกู คิดค้นโดย "เซอร์ ไอแซค นิวตัน" จึงมีอีกชื่อหนึ่งว่า
"กล้องโทรทรรศน์นิวโทเนียน" (Newtonian telescope) กล้องโทรทรรศน์ชนิดนี้
ใช้กระจกเว้าแทนเลนส์นูน ทาให้มีราคาประหยัด กระจกขนาดใหญ่ให้กาลังรวมแสงสู ง จึง
เหมาะสาหรับใช้สังเกตการณ์ เทห์วตั ถุที่อยูไ่ กลมาก และไม่สว่าง เช่น เนบิวลา และ กาแล็กซี ถ้า
เปรี ยบเทียบกับกล้องแบบหักเหแสง ซึ่ งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันแล้ว กล้องโทรทรรศน์
แบบสะท้อนแสง จะมีราคาถูกกว่าประมาณสองเท่า
กล้องโทรทรรศน์ ชนิดสะท้ อนแสง
กาแล็กซี่ทางช้างเผือก (The Milky Way Galaxy)
คลื่นวิทยุ (Radio)
คลื่นอินฟราเรด (Infrared)
คลื่นแสงปกติ (visual)
คลื่นแสงปกติ (visual)
คลื่นรังสี แกมมา (Gamma ray)
• หลักการของกล้องโทรทัศน์ชนิดสะท้อนแสง
• กล้องจะรับแสงที่เข้ามากระทบกับกระจกเว้าที่อยูท่ า้ ยกล้อง
ที่เราเรี ยกว่า Primary Mirror แล้วรวมแสง
สะท้อนกับกระจกระนาบหรื อ ปริ ซึม เราเรี ยกว่า
Secondary Mirror ที่อยูก่ ลางลากล้อง เข้าสู่
เลนส์ใกล้ตาขยายภาพอีกครั้งหนึ่ง
กาลังขยายของกล้อง = ความยาวโฟกัสของกระจกเว้า /
ความโฟกัสของเลนส์ตา
• ข้อเสี ยของกล้องชนิดนี้
1. การสร้างนั้นยุง่ ยากซับซ้อนมาก
2. มีกระจกบานที่สองสะท้อนภาพอยูก่ ลางลากล้อง ทาให้
กีดขวางทางเดินของแสง หากเส้นผ่านศูนย์กลาง กล้องเล็ก
มากๆ ดังนั้นกล้องแบบสะท้อนแสงนี้จะมักมีขนาดใหญ่
ตั้งแต่ 4.5 นิ้วขึ้นไป
• ข้ อดีของกล้ องชนิดนี้
1. ใช้ กระจกเว้ าเป็ นตัวรวมแสง ทาให้ สามารถสร้ างขนาดใหญ่
มากๆได้ ซึ่งจะมีราคาถูกกว่ าเลนส์ ทมี่ ขี นาดเท่ ากัน
2. โดยทัว่ ไปกล้ องชนิดนีจ้ ะมีเส้ นผ่ านศูนย์ กลาง 5-6 นิว้ ขึน้ ไป
ทาให้ มกี ารรวมแสงได้ มากเหมาะทีจ่ ะใช้ สังเกตวัตถุระยะไกลๆ
เช่ น กาแลกซี เนบิวล่ า เพราะมีความเข้ มแสงน้ อยมาก
3. ภาพที่ได้ จากกล้ องแบบสะท้ อนแสง จะไม่ กลับภาพซ้ ายขวา
เหมือนกล้ องแบบหักเหแสง
• ทั้งกล้ องโทรทรรศน์ แบบที่ใช้ แสง และกล้ องโทรทรรศน์ คลืน่ วิทยุ
ต่ างก็มขี ้ อจากัด อันเนื่องมาจากบรรยากาศของโลก เนื่องจากชั้น
บรรยากาศจะดูดซับรังสี หรือคลืน่ หลังงานบางช่ วงคลืน่ ไว้
โดยเฉพาะช่ วงคลืน่ ทีม่ คี วามถี่ หรือพลังงานสู ง เพือ่ ไม่ ให้ เป็ น
อันตรายต่ อสิ่ งมีชีวติ บนโลก
• นอกจากนี้ กล้ องโทรทรรศน์ วทิ ยุบนโลก ยังถูกรบกวนโดย
คลืน่ วิทยุ หรือโทรทัศน์ ทใี่ ช้ กนั บนโลก จึงเป็ นที่มาของ
โครงการ ที่จะส่ งกล้ องโทรทรรศน์ เหล่ านี้ ออกไปอย่ นู อก
โลก เพือ่ หลีกเลี่ยงปัญหาดังกล่ าว
• กล้ องโทรทรรศน์ ฮับเบิล้ (The Hubble
Space Telescope) ขึน้ ไปโคจรรอบโลก
ตั้งแต่ ปี ค.ศ. 1990(พ.ศ. 2533)
หลังจากนั้น จึงมีการศึกษาคลืน่ แม่ เหล็กไฟฟ้าอย่ างจริงจัง
นอกจากคลืน่ แสงที่มองเห็นเท่ านั้น
• ซึ่งต่ อมา Karl Jansky ได้ ค้นพบคลืน่ ความถี่ต่า ที่
ออกมาจากใจกลางกาแล็กซี่ของเรา ในปี ค.ศ.1933
(พ.ศ.2476) และได้ ออกแบบเสาของกล้องโทรทรรศน์ วทิ ยุ
แบบหมุนได้ เพือ่ ศึกษาคลืน่ วิทยุทสี่ ่ งได้
กล้องโทรทรรศน์ฮบั เบิ้ล (The Hubble Space
Telescope) ขึ้นไปโคจรรอบโลก ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1990(พ.ศ. 2533)
กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลในวงโคจร (ภาพจาก ESA)
• ภาพเนบิวลากระดูกงูเรื อ ของขวัญวันเกิดครบ 17 ขวบของฮับเบิล
(ภาพจาก NASA/ESA/N. Smith/STScI/AURA)
ดาราจักรหนวดแมลง(Antennae) ซึ่งประกอบไปด้วยก๊าซ ฝุ่ น
และดาวฤกษ์มากมาย เกิดจากสองดาราจักรพุง่ ชนกัน มองเห็นภาพอัน
คมชัดที่เกือบยีส่ ิ บปี หลังขึ้นสู่วงโคจร กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล
ได้ส่งภาพเหตุการณ์ล่าสุ ดจากห้วงอวกาศอันไกลโพ้นกลับสู่ บา้ น.
กล้ องโทรทรรศน์ วทิ ยุ
(Radio Telescope)
กล้ องโทรทรรศน์ วทิ ยุ
ในปี ค.ศ. 1931 ขณะทีว่ ศิ วกรผู้หนึ่งกาลังพยายาม
หาทางปรับปรุงการรับวิทยุให้ ดขี นึ้ และตัดคลืน่ รบกวนที่
เกิดขึน้ ในการรับวิทยุน้ัน ก็พบโดยบังเอิญว่ าคลืน่ รบกวนที่
เกิดขึน้ นั้นมีบางคลืน่ มาจากอวกาศ
• ตั้งแต่ น้ันมาเหล่ านักดาราศาสตร์ กไ็ ด้ ใช้ ความรู้ ใหม่ นีส้ าหรับ
สารวจฟากฟ้ า
• ยังผลให้ มกี ารสารวจพบดาวฤกษ์ ต่างๆ อีกหลายดวง และ
ลักษณะเฉพาะตัวของเอกภพอีกหลายประการในเวลาต่ อมา
•
• กล้ องโทรทรรศน์ วทิ ยุตรวจสอบได้ ทุกความยาวคลืน่
รวมทั้งคลืน่ ที่ไม่ ได้ เป็ นส่ วนของแสงที่เราสามารถมองเห็น
ได้ ด้วย
• กล้ องโทรทรรศน์ วทิ ยุเหล่ านีม้ ขี นาดใหญ่ มาก
• ประกอบขึน้ ด้ วย
• ตัวสะท้ อน ( reflector) ทีท่ าเป็ นรู ปกระจกเงาเว้าเพือ่
รวมแสงให้ มคี วามเข้ มสู งไว้ ตรงจุดศูนย์ กลางจุดหนึ่งซึ่งเป็ นที่รับ
รังสี น้ันไว้ - เรียกอีกอย่ างว่ า
สายอากาศ (antenna) ซึ่งจากทีจ่ ุดนั้น สั ญญาณก็จะ
ถูกแบ่ งส่ งไปยังเครื่องขยาย (amplifier) เพือ่ ทาให้
สั ญญาณนั้นอยู่ในลักษณะทีจ่ ะใช้ ศึกษาได้
• หลักการของกล้ องโทรทรรศน์ วทิ ยุ ต้ องใช้ หลักการ ของการ
สะท้ อนคลืน่ วิทยุทไี่ ด้ รับ ซึ่งก็ต้องมีตวั สะท้ อนและตัวรับคลืน่
เช่ นเดียวกับกล้ องโทรทรรศน์ แบบใช้ แสง เพียงแต่ คลื่นวิทยุ มี
ขนาดของความยาวคลืน่ มากกว่ า มีความถี่ตา่ กว่ า และมี
พลังงานตา่ กว่ า จึงต้ องอาศัยขนาดของจานสะท้ อน ที่มขี นาด
ค่ อนข้ างใหญ่
• ภาพแสดงกล้ องโทรทรรศน์ วทิ ยุ VLR (The Very
Large Radio Telescope) ในประเทศแม็กซิโก
ซึ่งประกอบด้ วยจานรับคลืน่ วิทยุ จานวน 27 จาน ประกอบกัน
เสาวิทยุเสมือน ขนาดเส้ นผ่ านศูนย์ กลาง 36 กิโลเมตร
ดาวฤกษ์ ประเภทควอซาร์ (Quasars)
ซึ่งเป็ นดาวฤกษ์ ทแี่ ผ่ รังสี แรงมากก็สามารถจะศึกษาได้ ด้วยการ
ใช้ กล้ องโทรทรรศน์ วทิ ยุกบั สเปกโทรมิเตอร์
• การศึกษาวัตถุบนท้องฟ้ า โดยอาศัยช่วงคลื่นที่มีพลังงานสูง
อย่างรังสี เอ็กซ์ (X-ray), และรังสี แกมมา
(Gamma ray) เริ่ มต้นราวปี ค.ศ.1960 (พ.ศ.2503)
เนื่องจากรังสี เอ็กซ์ มีพลังงานสูงกว่าคลื่นแสงมาก จึงไม่
สามารถ สะท้อนกระจกได้เหมือนแสง จึงต้องให้สะท้อน
อยูใ่ นมุมที่เหมาะสม เสมือนยิงกระสุ น (ของโฟตอน)
แฉลบกระจก ที่เคลือบด้วยโลหะหนัก ทะลุเข้าหาผนัง
นัน่ เอง
• ส่ วนกล้องโทรทรรศน์รังสี เอ็กซ์อื่นๆ ได้แก่
• สกายแล็ป (Skylab) ในปี ค.ศ.1973 (พ.ศ.2516),
• จันทรา (Chandra X-ray Observatory)
ในปี ค.ศ.1999 (พ.ศ.2542)
• กล้องโทรทรรศน์แบบรังสี เอ็กซ์ มีหน้าตาเป็ นทรงกระบอก
คล้ายกล้องโทรทรรศน์แบบทัว่ ไปโดยอาศัยกล้องที่ติดตั้ง
บนบอลลูน หรื อจรวด ซึ่งองค์การนาซ่า (NASA) ได้
จัดส่ งกล้องโทรทรรศน์รังสี เอ็กซ์ครั้งแรก ในปี ค.ศ.1970
(พ.ศ.2513) ในโอกาสครบรอบ 7 ปี ที่ประเทศเคนยา เป็ น
อิสรภาพ โดยมีชื่อดาวเทียมว่า Uhuru หมายถึง
"อิสรภาพ" (freedom)
กล้ องโทรทรรศน์ อวกาศจันทรา
• กล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา คือกล้องถ่ายภาพวัตถุ
ท้องฟ้ า ในย่านรังสี เอ็กซ์ที่มีศกั ยภาพสูงสุ ด ในยุคนี้
• มีขนาดใหญ่ น้ าหนักรวมกันกว่า 22,500 กิโลกรัม
• มีส่วนประกอบมากมายราว 1 ล้านชิ้น ทาหน้าที่ถ่ายภาพ
วัตถุทอ้ งฟ้ าในช่วงคลื่นรังสี เอ็กซ์ เช่น หลุมดา ซุปเปอร์
โนวา และควอซาร์ เป็ นต้น
•
รังสี เอ็กซ์มีความยางคลื่นสั้นกว่าคลื่นแสง และถูก
บรรยากาศโลกดูดกลืนหมด กล้องจันทรา จึงต้องโคจร อยู่
สูงมากกว่า 100,000 กิโลเมตรเหนือพื้นโลก เพื่อหลีกเลี่ยง
การรบกวน ของชั้นบรรยากาศ และแถบรังสี แวนอัลเลน
รอบโลกเพื่อทาการถ่ายภาพวัตถุทอ้ งฟ้ านานาชนิด ตั้งแต่
ดาวหางในระบบสุ ริยะ จนถึงควอซาร์
ซูเปอร์โนวา Cassiopeia A จากกล้อง
โทรทรรศน์อวกาศจันทรา Image credit:
NASA/CXC/UMass
Amherst/M.D.Stage et al
ดาวเทียม
(Satellite)
• ดาวเทียมคือ วัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้นไปโครจรรอบโลก เพื่อ
วัตถุประสงค์ทางด้านการวิจยั ทางวิทยาศาสตร์ การรายงาน
สภาพอากาศ หรื อเพื่อการลาดตระเวนทางทหาร ดาวเทียม
เพื่อการวิจยั ทางวิทยาศาสตร์ จะทาหน้าที่ในการ
สังเกตการณ์สภาพของอวกาศ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์
และดาวอื่นๆ รวมถึงวัตถุประหลาดต่างๆ ในกาแล็กซี่ หรื อ
ระบบสุ ริยจักรวาล
ส่ วนประกอบของดาวเทียม
ส่ วนประกอบของดาวเทียม
•
1. โครงสร้างดาวเทียม เป็ นส่ วนประกอบที่สาคัญมาก โครง
จะมีน้ าหนักประมาณ 15 - 25% ของน้ าหนักรวม ดังนั้น จึง
จาเป็ นต้องเลือกวัสดุที่มีน้ าหนักเบา และต้องไม่เกิดการสัน่ มาก
เกินที่กาหนด หากได้รับสัญญาณที่มีความถี่ หรื อความสูงของ
คลื่นมากๆ (amptitude)
2. ระบบเครื่ องยนต์ ซึ่ งเรี ยกว่า "aerospike" อาศัย
หลักการทางานคล้ายกับเครื่ องอัดอากาศ และปล่อยออกทาง
ปลายท่อ ซึ่ งระบบดังกล่าวจะทางานได้ดีในสภาพสู ญญากาศ ซึ่ง
ต้องพิจารณาถึงน้ าหนักบรรทุกของดาวเทียมด้วย
•
3. ระบบพลังงาน ทาหน้าที่ผลิตพลังงาน และกักเก็บไว้
เพื่อแจกจ่ายไปยังระบบไฟฟ้ าของดาวเทียม โดยมีแผงรับ
พลังงาน (Solar Cell) ไว้รับพลังงานจาก
แสงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนเป็ นพลังงานไฟฟ้ า ให้ดาวเทียม แต่
ในบางกรณี อาจใช้พลังงานนิวเคลียร์แทน
4. ระบบควบคุมและบังคับ ประกอบด้วย คอมพิวเตอร์
ที่เก็บรวมรวมข้อมูล และประมวลผลคาสัง่ ต่างๆ ที่ได้รับ
จากส่ วนควบคุมบนโลก โดยมีอุปกรณ์รับส่ งสัญญาณ
(Radar System) เพื่อใช้ในการติดต่อสื่ อสาร
5. ระบบสื่ อสารและนาทาง มีอุปกรณ์ตรวจจับความ
ร้อน ซึ่งจะทางาน โดยแผงวงจรควบคุมอัตโนมัติ
6. อุปกรณ์ควบคุมระดับความสูง เพื่อรักษาระดับความ
สูงให้สมั พันธ์กนั ระหว่างพื้นโลก และดวงอาทิตย์ หรื อเพื่อ
รักษาระดับให้ดาวเทียมสามารถโคจรอยูไ่ ด้
7. เครื่ องมือบอกตาแหน่ง เพื่อกาหนดการเคลื่อนที่
นอกจากนี้ยงั มีส่วนย่อยๆ อีกบางส่ วนที่จะทางาน
หลังจาก ได้รับการกระตุน้ บางอย่าง เช่น ทางานเมื่อ
ได้รับสัญญาณ สะท้อนจากวัตถุบางชนิด หรื อทางาน
เมื่อได้รับลาแสงรังสี
• วงโคจรของดาวเทียม วงโคจรดาวเทียม (Satellite
Orbit) แบ่ งตามระยะความสู ง (Altitude) จากพืน้ โลก
เป็ น 3 ระยะคือ
• 1. วงโคจรระยะต่า (Low Earth Orbit หรือเรียกกันทั่วไปว่ า
"LEO")
• ลอยอยู่สูงจากพืน้ โลกไม่ เกิน 1,000 กม.
• ใช้ สังเกตการณ์ สารวจสิ่ งแวดล้ อม ถ่ ายภาพ ไม่ สามารถใช้ งาน
ครอบคลุมบริเวณใดบริเวณหนึ่งได้ ตลอดเวลาเพราะมีความเร็วในการ
เคลือ่ นทีส่ ู ง (วงโครต่าต้ องวิง่ รอบโลกเร็ว) แต่ สามารถบันทึกภาพคลุม
พืน้ ที่ตามเส้ นทางวงโคจรผ่ านตามที่สถานีภาคพืน้ ดินกาหนด เส้ นทาง
โคจรอยู่ในแนวขั้วโลก (Polar Orbit)
• ดาวเทียมวงโคจรตา่ ขนาดใหญ่ บางดวงสามารถมองเห็นได้ ด้วยตาเปล่ า
ในเวลาฟ้ามืด จะเห็นสว่ างเป็ นจุดเล็กเคลือ่ นทีผ่ ่ านในแนวนอนอย่ าง
รวดเร็ว
2. วงโคจรระยะกลาง (Medium Earth
Orbit หรือเรียกกันทั่วไปว่ า "MEO")
• ลอยอยู่ทรี่ ะยะความสู งตั้งแต่ 1,000 กม.ขึน้ ไป
• ส่ วนใหญ่ ใช้ ในด้ านอุตุนิยมวิทยาและใช้ ในการติดต่ อสื่ อสาร
เฉพาะพืน้ ที่ได้
• แต่ หากจะติดต่ อให้ ครอบคลุมทัว่ โลกจะต้ องใช้ ดาวเทียม
หลายดวงร่ วมกัน
3. วงโคจรประจาที่หรือดาวเทียมค้ างฟ้า
(Geostationary Earth Orbit หรือเรียก
กันทั่วไปว่ า "GEO")
โดยจะโคจรรอบโลกไปทางเดียวและเร็วเท่ ากับอัตราการ
หมุนรอบตัวเองของโลก
ทาให้ ดาวเทียมอยู่เหนือจุดใดจุดหนึ่งบนพืน้ โลก
ตลอดเวลา
• หลักการที่สาคัญของดาวเทียมสารวจทรัพยากร คือ
Remote Sensing โดยใช้ คลืน่ แสงทีเ่ ป็ นพลังงาน
แม่ เหล็กไฟฟ้ า (EME : Electro - Magnetic Energy) ทาหน้ าที่
เสมือนสื่ อกลางส่ งผ่ านระหว่ างวัตถุเป้าหมาย และอุปกรณ์ บันทึก
ข้ อมูล อุปกรณ์ ถ่ายภาพทีต่ ดิ ตั้งอยู่บนดาวเทียม มักจะได้ รับการ
ออกแบบให้ มคี วามสามารถถ่ ายภาพ และมีความหลากหลายใน
รายละเอียดของภาพได้ อย่ างเหมาะสม เพือ่ ประโยชน์ ในการ
จาแนกประเภททรัพยากรทีส่ าคัญๆ
• วิถีการโคจร
ดาวเทียมสารวจทรัพยากรจะโคจรแบบสั มพันธ์ กบั ดวง
อาทิตย์ (Sun - Synchronous) เป็ นวงโคจรในแนวเหนือ - ใต้ และ
ผ่ านแนวละติจูดหนึ่งๆ ทีเ่ วลาท้ องถิ่นเดียวกัน
• ประโยชน์ ที่ได้ รับ (ศึกษาลักษณะภูมิประเทศ)
- ด้านการสารวจพื้นที่ป่าไม้
- ด้านการเกษตร
- ด้านการใช้ที่ดิน
- ด้านธรณี วิทยา เพื่อจัดทาแผนที่ภูมิประเทศ หา
แหล่งทรัพยากรธรรมชาติในดิน
- ด้านอุทกวิทยา เพื่อศึกษาสภาพและแหล่งน้ า ทั้งบน
ดินและใต้ดิน ฯลฯ
ตัวอย่ างดาวเทียมเพือ่ การสารวจทรัพยากร
ดาวเทียม LANDSAT-7 ขององค์ การบริหารการบิน
และอวกาศแห่ งชาติสหรัฐอมริกา (National
Aeronautic and Space
Administration - NASA) โคจร
ดาวเทียม SPOT-4 โคจรสั มพันธ์ กบั ดวงอาทิตย์ แบบ
Polar Orbit ทามุมเฉียง 98 องศาทีร่ ะดับความสู ง
ประมาณ 830 กม. ใช้ เวลา 101 นาทีต่อการโคจร 1 รอบ มี
ความถี่ในการถ่ ายภาพซ้า 26 วัน
• ดาวเทียมสื่ อสารเป็ นดาวเทียมทีต่ ้ องทางานอยู่ตลอดเวลา เรียกได้
ว่ าทางานตลอด 24 ชม. ไม่ มวี นั หยุด เพือ่ ทีจ่ ะเชื่อมโยงเครือข่ าย
การสื่ อสารของโลกเข้ าไว้ ด้วยกัน นับตั้งแต่ NASA ส่ ง
ดาวเทียมสื่ อสารเข้ าสู่ วงโคจรไป จนปัจจุบันมีบริษทั เอกชน
จานวนมากทีเ่ ข้ ามาบุกเบิกธุรกิจ และทากาไรมหาศาล จาก
ประโยชน์ ต่างๆ ทีไ่ ด้ จากดาวเทียม
• วิถีการโคจร
ดาวเทียมสื่ อสารโคจรเป็ นวงกลมในแนวระนาบกับ
เส้นศูนย์สูตร หรื อที่เรี ยกว่า "วงโคจรค้างฟ้ า
(Geostationary Orbit)"
ประโยชน์ ที่ได้ รับ
ด้านการติดต่อสื่ อสารโทรคมนาคมทางด้านต่างๆ เช่น
ทางด้านสัญญาณโทรทัศน์ สัญญาณโทรศัพท์
ข้อมูลคอมพิวเตอร์
• ตัวอย่ างดาวเทียมสื่ อสาร
ดาวเทียม Thaicom 1 และ 2 เป็ นดาวเทียม
สื่ อสารชุดแรกของประเทศไทย ถูกส่ งขึ้นไปโคจรในปี
พ.ศ. 2536 และ 2537 ตามลาดับ เพื่อให้บริ การทางด้านการ
สื่ อสารมีรัศมีการให้ บริ การครอบคลุมทัว่ ทั้งประเทศไทย
และภูมิภาคใกล้เคียง
• ดาวเทียม Thaicom 3 เป็ นดาวเทียมสื่ อสารอีกดวง
หนึ่งของประเทศไทย ถูกส่ งขึ้นไปโคจรในปี พ.ศ. 2540
เพื่อให้บริ การทางด้านการสื่ อสาร มีรัศมีการให้บริ การ
ครอบคลุมทัว่ ทั้ง 4 ทวีป
•
ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาเป็ นดาวเทียมที่ให้ขอ้ มูลเกี่ยวกับ
สภาพภูมิอากาศด้วยภาพถ่ายเรดาร์ (Radar) และ
ภาพถ่ายอินฟาเรด (Infared) โดยมีดาวเทียม Essa
1 เป็ นดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาดวงแรก ของโลก ซึ่งถูกส่ งขึ้น
ไปโดยสหรัฐอเมริ กาในปี ค.ศ. 1966
• วิถีการโคจร
ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาจะมีลกั ษณะการโคจรทั้งแบบ
สั มพันธ์ กบั ดวงอาทิตย์ (Sun-Synchronous) ซึ่ง
เป็ นวงโคจรในแนวเหนือ-ใต้ และผ่ านแนวละติจูดหนึ่ง ๆ ทีเ่ วลา
ท้ องถิ่นเดียวกัน และแบบโคจรเป็ นวงในแนวระนาบกับเส้ นศูนย์
สู ตร หรือทีเ่ รียกว่ า "วงโคจรค้ างฟ้ า (Geostationary
Orbit)" ซึ่งวงโคจรจะแตกต่ างกันตามพืน้ ที่ ทีค่ รอบคลุม
• ประโยชน์ ที่ได้ รับ
- ช่วยบรรเทาภัยพิบตั ิที่เกิดจากสภาพภูมิอากาศ โดย
สามารถเตือนให้ทราบถึงพายุต่างๆ
- พยากรณ์อากาศ และใช้เป็ นข้อมูลในการวิเคราะห์
ทางอุตุนิยมวิทยา
.- ตรวจอุณหภูมิเมฆ อุณหภูมิผิวหน้าทะเล อุณหภูมิ
ผิวหน้าดิน และดัชนีพืช
ตัวอย่ างดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา
• ดาวเทียม GMS-5 (Geostationary
Meteorological Satellite 5) ใช้ ระบบ VISSR
(Visible and Infrared Spin Scan Radiometer) เพือ่ ใช้ ตรวจ
สอบพืน้ ผิวโลก ในช่ วงคลืน่ ที่ตามองเห็น คือ 0.55 - 1.05
ไมโครเมตร มีรายละเอียดของภาพ 1.25 กม. ช่ วงคลืน่
อินฟราเรด 10.5 - 12.5 ไมโครเมตร และช่ วงคลืน่ 6.2 - 7.6
ไมโครเมตร มีรายละเอียดของภาพ 5 กม. มีระบบ
Weathersensor 200 ทีร่ ับข้ อมูลโดยตรงจากดาวเทียม
• GMS-5 ซึ่งโคจรที่ระดับความสูง 35,800 กม. ในวง
โคจรค้างฟ้ า เหนือเส้นศูนย์สูตร ณ ตาแหน่งลองจิจูด 140
องศาตะวันออก ระบบนี้สามารถแสดงอุณหภูมิ และความ
หนาแน่นของเมฆหมอกด้วยการใช้ระดับสี ดาวเทียม
• GMS-5 สารวจครอบคลุมบริเวณย่ านมหาสมุทรแปซิฟิก
ตะวันตก และทางเอเชีย โดยเหตุทสี่ ภาพภูมอิ ากาศในย่ าน
มหาสมุทร และเอเชียมีการเปลีย่ นแปลงอย่ างรวดเร็ว ดังนั้น
ระบบนีจ้ ึงเป็ นสิ่ งจาเป็ นอย่ างยิง่ สาหรับ งานด้ านการบิน
(Aviation) การศึกษา (Education) และการ
ป้องกันภัยพิบัติ (Disaster prevention) ข้ อมูลที่
ได้ รับสามารถนามาใช้ สาหรับงานวิจัยและการสาธิตต่ าง ๆ ระบบ
Weathersensor 200 ถูกออกแบบมาเพือ่ อานวย
ประโยชน์ ต่อการรับข้ อมูลของสภาพภูมอิ ากาศ ล่ าสุ ด ณ เวลา
และบริเวณทีต่ ้ องการ
ดาวเทียม GMS-5
•
ดาวเทียม NOAA (National
Oceanographic and Atmospheric
Administration) โคจรทีร่ ะดับความสู งประมาณ 850
กม. ในวงโคจรแบบ สั มพันธ์ กบั ดวงอาทิตย์ ทาการถ่ ายภาพด้ วย
ระบบ AVHRR (Advanced Very High Resolution
Radiometer) ในช่ วงคลืน่ ที่ตามองเห็น 2 ช่ วงคลืน่ และช่ วงคลืน่
ความร้ อน 2 ช่ วงคลืน่ ได้ แก่ 0.55 - 0.90 ไมโครเมตร, 0.725 - 1.0
ไมโครเมตร, 10.5 - 11.5 ไมโครเมตร และ 3.55 - 3.93
ไมโครเมตร
• นอกจากนีย้ งั ได้ มกี ารเพิม่ ช่ วงคลืน่ ความร้ อนช่ วงที่ 3 เพือ่ ใช้ ใน
การหาค่ าอุณหภูมพิ นื้ ผิว มีรายละเอียดของภาพ 1.1 กม. ใน
แนวดิง่ ความกว้ างของแนวภาพ 2,800 กม. บันทึกข้ อมูลวันละ 2
ครั้ง ทั้งกลางวันและกลางคืน นอกจากนีม้ รี ะบบ TOVS (TIROS
Operational Vertical Sounder) ใช้ ในการคานวณค่ าอุณหภูมิ
ของชั้นบรรยากาศในแนวดิง่ แยกได้ เป็ น 3 ระบบย่ อย คือ
1. HIRS/2 ( High Resolution Infrared Radiometer )
2. SSU ( Stratospheric Sounding Unit)
3. MSU ( Microwave Sounding Unit )
ดาวเทียม NOAA
• ประวัติความเป็ นมา
ระบบหาตาแหน่ งโดยใช้ ดาวเทียม (Global
Positioning Satellite System - GPS) ถูก
พัฒนาโดยทหารสาหรับการใช้ งานในกระทรวงกลาโหม ของ
สหรัฐอเมริกา ซึ่งในปัจจุบันได้ มกี ารนามาใช้ งานในเชิงพาณิชย์
ดาวเทียมที่ใช้ กบั ระบบ GPS ถูกส่ งขึน้ สู่ อวกาศครั้งแรกในปี พ.ศ.
2506 โดยใช้ เป็ นระบบนาร่ องให้ กบั เครื่องบิน เมื่อดาวเทียมที่ใช้ กบั ระบบ
GPS ขยายตัวมากขึน้ จึงมีพนื้ ทีก่ ารครอบคลุมมากขึน้ และได้ มีการ
นามาประยุกต์ ใช้ งานอย่ างกว้ างขวาง เช่ น การนาร่ องให้ เรือเดินสมุทร
พาณิชย์ ในบริเวณที่ระบบนาร่ องภาคพืน้ ดินไม่ สามารถใช้ ได้
• วิถีการโคจร
กลุ่มดาวเทียมบอกตาแหน่ง(GPS)จะโคจรแบบ
สัมพันธ์กบั ดวงอาทิตย์ (Sun-Synchronous)
เป็ นวงโคจรในแนวเหนือ-ใต้ และผ่านแนวละติจูดหนึ่ง ๆ
ที่เวลาท้องถิ่นเดียวกัน
ประโยชน์ ที่ได้ รับ
- ใช้งานในระบบทางทหาร
- ให้ข่าวสารของการนาร่ องสาหรับเรื อ หรื อเครื่ องบิน
- ให้ข่าวสารเกี่ยวกับตาแหน่ง และเวลาของวัตถุต่างๆ
บนพื้น โลก
ดาวเทียมเพือ่ การจารกรรมหรือสอดแนม ซึ่งแบ่ งออกเป็ น 4
ชนิดใหญ่ ๆ ด้ วยกัน แต่ ทนี่ ิยมมากทีส่ ุ ดคือประเภททีใ่ ช้ เพือ่ การ
ลาด ตระเวน โดยมีการติดกล้ องเพือ่ ใช้ ในการถ่ ายภาพพิเศษ
สามารถสื บหาตาแหน่ งและรายละเอียดเฉพาะพืน้ ที่ที่ต้องการได้
• ดาวเทียมจะมีอปุ กรณ์ ตรวจจับ คลืน่ วัตถุด้วยเรด้ าร์ และ แสง
อินฟราเรด ซึ่งสามารถตรวจจับได้ ท้งั ในที่มืด หรือที่ทถี่ ูก
พรางตาไว้
• ดาวเทียม COSMOS เป็ นดาวเทียมสอดแนมทีร่ ้ ู จักกันดี
ของรัสเซีย
• ดาวเทียม Big Bird เป็ นดาวเทียม สอดแนมของ
สหรัฐอเมริกา
•
• นอกจากนั้นยังมีดาวเทียมสอดแนมทางทะเลเพือ่ ใช้ ในค้ นหาเรือ
รบ เรือเรือดานา้ ความสามารถในการตรวจจับหัวรบ
นิวเคลียร์ หรือวัตถุทฝี่ ังตัว อยู่ใต้ ทะเลลึก
• ดาวเทียม Elint ถูกใช้ เพือ่ การประโยชน์ ของทางกองทัพใน
การป้องกันประเทศจากการลอบจู่โจม
• ดาวเทียม Elint เป็ นดาวเทียมสอดแนมทีม่ ลี กั ษณะพืน้ ฐานใน
การ ตรวจจับคลืน่ สั ญญาณวิทยุ และแผนทีแ่ สดงตาแหน่ งทีต่ ้งั
ฐานทัพของประเทศต่ าง ๆ ซึ่งเป็ นดาวเทียมที่มีประโยชน์ มากต่ อ
งานของกองทัพ เพราะประเทศไม่ สามารถต่ อสู้ ได้ โดยที่ ไม่ มี
ข้ อมูลทางการทหารของประเทศอืน่ เลย
จีนประสบความสาเร็จในการส่ งยาน
พร้ อมนักบิน เสิ นโจว 5 ขึน้ สู่ อวกาศ
อาหารจานเด็ดสูตรจีนถูกออกแบบมาเพื่อนักบินรับประทาน
ในอวกาศ
ภาพอาหารเสริ ม BP-5
ภาพอาหารเสริ ม BP-5 ที่อุดม
ไปด้วยสารอาหารนานาชนิดซึ่ง
สามารถรับประทานได้ทนั ที
เช่นเดียวกับขนมปั งกรอบ หรื อ
นาไปผสมน้ ารับประทานใน
ลักษณะเดียวกับข้าวต้มก็ได้ (ภาพ :
www.idpas.org).